Электропривод с синхронным двигателем

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1. оюз Советских

Социмистическик

Республик

® -com3qqq

7Ь:- =чесу — "«« ««а Ч д

Щ, и (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.11.72 (21} 1851400/07 с присоедииеиием заявки № (51) и. к ., Н 02 P 7/42 &ЩД&р&т&&н&М &&&N1&1

6&ват& Министр&& СССР

&& 4&&&и &3&бР&ЯНМ& а ет«рмт&& (23) Приоритет (43) Опубликоваио 25.06.76Бвллетеиь Ж 2 (45) Дата опубликоваииа описаиия14.07,76. (53) УДК

621.31 3,3.

:.072.9(088.8) (72) Авторы иаобретеиии А. М. Вейнц«еР, М. И. ВейнгеР, А. С. ГУсев, А. С. Савельев, . И. М, Серый и А. А. Янко-Триницкий

Уральс...ий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД C СИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к частотяоуправляемому электроприводу с синхронными двигателями (CQ), Известен частотноуправляемый электропривод с СЙ, нмеющий одну обмотку а возбуждения продольной оси, в котором для управления источниками питания обмоток статора и обмотки возбуждения используются регуляторы продольной и поперечной составлиющих тока статора и ре- 10 гулятор в озбуждения.

Входы источников питания статора под, ключены к регуляторам продольной и поперечной составляющих тока статора. через блох для прямого преобразования пе- 15 ременных, управляющие входы блока для, преобразования переменных подключены к источнику гармонических сигналов, в качестве которого использован датчик уг-. лового положения ротора. Входы обрап- 20 ной связи регуляторов продольной и поперечной составляющих тока статора подключены к датчикам тока статора через . блок для обратного преобразования пере» менных, управляющие входы этого блока. 25 также подключены к датчику углового положешя ротора. Входы задания регуляторов нродопьной и поперечной составляющих тока статора подключены к выходам вычислительного устройства. Входы вычислительного устройства подключены к выходу регулятора скорости и к выходу делительного элемента, формирующего задание потокосцепления. Вход задания регулятора возбуждения подключен к отдельному выходу вычислительного устройства.

Однако известные частотноуправляемые электроприводы не решают задач, ко-г торые ставятся при работе в режиме упора (стоянка с моментом, например, в случае моталки листового стана холодной прокатки) или при работе с циклической нагрузкой на валу, изменяющейся в функции угла поворота вала двигателя (например, в случае безредукторного привода гильотинных или летучих ножниц прокатных станов, главного привода турбопрокатного пильгер-стана,), В этих случаяхв известных электроприводах наблюдает- .

518851: ся неравномерная загрузка фаз статора

СД и, следовательно, СД не может развивать среднеквадратичный ломент, равный номинальному.

Кроме того, частота тока статора в известных электроприводах пропорционален на скорости вращения и для случаев, когда скорость вращения регулируется от нуля, обязательно требуется преобразователь частоты с регулированием частоты от нуля, Это ограничивает возможности использования некоторых видов преобразователей частоты, например простейших схем преобразователей со звеном постоянного тока.

Дгя некоторых других видов преобразователей частоты со звеном постоянного тока хотя и возможна работа преобразователя при частоте, близкой к нулю, при этом возникают низкочастотные пульсации момента CQ и знач. тельные пульсации скоросчл привода.

Белью изобретения является исключение перегрева обмоток двигателя и повы шение частоты пульсаций момента.

Для этого в электроприводе применены нелинейныи усилитель, два дополнительных блока для прямого преобразования с входами гармонических функций и управляемый реверсивный генератор гармонических функции низкой частоты, вход которого подключен к выходу задатчика интенсив- t ности через нелинейный усилитель, а выход соединен с входо:л гармонических Qyvzций дополнительных блоков для прямого преобразования, через один из которых вычислительное устройство и делитель подключены к регуляторам таков ротора, при этом к регулятору поперечного тока ротора подсоединены также выход сигнала попере ной составляющей тока статора блока для обратного преобразования-и выход датчика поперечного тока, ротора, который соединен и с входом формирователя поперечной составляющей потокосцепления статора, На чертеже приведена структурная электрическая схема электропривода.

Электропривод содержит синхронный дви гатель (CQ) 1, имеющий неявнополюсный ротор с продольной обмоткой возбуждении

2 и поперечной обмоткой возбуждения 3, С валом CQ l соединены датчик углового положения ротора 4 и тахогенератора 5.

Обмотки статора CQ 1 подключены к реверсивным источникам питания 6, обмотки возбуждения - к реверсивным источникам

7,8. В цепи обмоток статора включены датчики тока 9, в цепи обмоток возбуждения - датчики тока 10, 11. Управляющие входы источников 6 подключены к выходам блока для прямого преобразования 12, осу6

IO

I5 а

ЗЭ

Ф

Щф шествляюшего преобразование от вращающихся осей Й,ф к неподвижным осям статора. К датчикам тока статора 9 подключены входы блока для обратного преобразования 13, осуществляющего преобразование от осей статора к осям d,ô. Управляющие входы блоков для преобразовании 12, 13 подключены к датчику углового положения pmopa 4. К выходам блока для обратного преобразования 13 -подключено по одному из входов формирователей про-, дольного 14 и поперечного 15 потокосцеплений статора. Вторые входы этих формирователей подключены K аатчикам тока, 10 и 11: соответственно. Вхоаы блока аля прямого преобразования 12 поаключены к выходам регуляторов продольной 16 и поперечной 17 составляющих тока мутатора соответственно, Управляющие входы источников питания, 7 и 8 обмоток возбуждения подключены к выходам регуляторов возбуждения 18 и 19.

Входы обратной связи регуляторов

16 и 17 тока статора подключены к выходам блока для обратного преобразования 13. По одному из входов обратной связи регуляторов возбуждения 18 и 19 подключены н дат"икам токов 10 и 11 соответственно. Второй вход обратной связи продольного регулятора возбуждения 18 подключен к одному из выходов блоха для обратного преобразования 13, к которому подключен вход формирователя продольного потокосцепления статора.

К выходам формирователей 14, 15 потокосцеплений статора подключены входы элементов 20, формирующих сигналы для, компенсации ЭДС вращения, Ilo одному из входов этих элементов подключено к тахогенератору 5.

Входы вычислительного устройства 2l подключены K выходам делителя 22 и регулятора скорости ." 3. Вход для введения дел. мого блока подключен к источнику постоянного игнала, вход для введения делителя осуществляется через нелиней.ный элемент 24 к выходу задатчика интенсивности 25, К этому же выходу подключен вход регулятора скорости.

Входы задания регуляторов 16, 17 подключены к выходам дополнительного блока 26 для прямого преобразования переменных. Входы задания регуляторов возбуждения 18, 19 подключены к выхсь.дам второго дополнительного блока для прямого преобразования переменных 27.

Блоки 26, 27 выполнень, из множительных и Суммирующих элементов, Один из входов блока для преобразо). вания переменных 26 подключен к выхсъ-, 518851

В соответствии с. теми соотношениями, которые реализуются блоками 26, 27, огносительные значения задания регуляторов будут с(» К еп)

Чг — cas f

И . Я . 0 )

Ч = — (Ч t- f )- (" хе) — si)1 f ), Ыф Xm Я е Ч, 1à — Ьт опт -(х х ) Кс0 3 ) .g Х„, g я е

Угловую частоту@ генератора гармонических функций 28 выбирают достяточно ни:зкой, поэтому и системе регулирования в у<, тановившемся режиме значения переменных

,,ii,.,Ч)1+ будут близки к заданным, Чередование фаз генератора 28 определяется полярностью выходного сигналя зядятчика интенсивности, т,в. сигнала задания скорости. ду вычислительного устройства 21, сюда Ч ,же подключен также один иэ входов блока

«27, другой вход этого блока подключен к выходу блока 22.

Каждый нэ блоков 26,27 имеет erne no два управляю)цих входа, которые предназна.чены для подключения к источникам гармонических функций - генератора: гармоиических функций 28, Генератор 28 выполнен таким образом, что гармонические сигалы на двух его выходах имеют относительный сдвиг ла 1/4 периода. Кроме гого, генератор 28 имеет управлякхций вход, Чередование фаэ на выходе тенератора 28 опреде!

5 ляется полярностью напряжения на управлякхпем входе.

Управлякхций вход генератора 28 подключен к выходу нелинейного усилителя 29, обладающего релейной характеристикой, Вход усилителя 29 подключен к выходу задатчика интенсивности 25.

У регулятора поперечного возбуждения

19 предусматривается дополнительный вход обратной связи, который подключен к одному иэ выходов блока 13, к которому подключен формирователь сигнала поперечного потокосцепления статора 15.

Передаточный коэффициент по дополнительному входу обратной связи регулятора

19 в бирают таким образом, чтобы суммарный сигнал обратной связи вместе с входом от датчика 11 поперечного тока ротора был пропорционален потокосцеплению ïñüперечной обмотки возбуждения Cl1 1.

Здесь описана система регулирования для

Cll 1, имеющего двухфазную обмотку pmopa. Подобная система может быть использована, с некоторыми известными добавлениями (преобразователями-числа фаз) и для CJ2 с трехфазной обмоткой ротора соответственно с тремя источниками питания ротора.

Электропривод работает следующим образом.

Регуляторы 16 и 17 токов статора стре-45 мятся поддерживать на заданном уровне про дольную составшпапую тока статора! (и по перечную (1. Регулятор 16 стремится поддерживать потокосцепление продольной обмотки возбуждения V< . Регулятор 17, бла-50 годаря введенной дополнительно обратной связи, стремится поддерживать потокосцепление поперечной обмотки воэбу)кдения Ч „

Задания для .этих регуляторов пост от дополиительйых, блоков 26,27, На их вхо-S5 ды поступают сигналы or- блока 22 - сигнал.,,пропорциональный Чг, где Я - заданное значение потокосцепления, от вычислйтельнога устройства 21 — сигнал, пропорциональ Щ

Ю ный отношению — - гле тл . -звданное знячб 1 чение момента (выходной сигнал регулято ра скорости).

На "управляющие входы блоков 26, 27 поступают от генератора 28 гармонических функций сигналыСЩ;,яп)ц . где Ц -требуемый угол,,поворота поля относительно ротора.

Йля блока 26 относительные значения сигналов имеют вид

fA y ц Q ц Я ю

iSX 21Х gg для блока 27— х „, 0 «хс (х х,) К, МВХ Х)п Я ) 2м Хл Ч д где Х вЂ” переходное реактивно:. ощи гнилов

В ние < татора, ХЕ - некоторое реактивно .. >ж отнвлв— ние, О < Х Х1

X - реактивное сопротивлапш гк.;..:ч) иия статоря; управляющие сигналы для обоих Аижов 26„

27 суть

0 „-С, Оя„= @пТ

В установившемся режиме при любой частоте токов статора токи обмоток возбуждения будут изменяться с угловой частотой Р

При стоянке привода с моментом токи статора и ротора будут изменяться с частотой 4 таково же будет и минимальное значение, частоты преобразователя частоты, 13 -резу льтате, при стоянке привода обмотки фяз ! статора будут иметь одинаковое среднеквад ратичное значение тока, двигатель может развивать длительно но;,синялы ый момент.

Частота пульсаций момента (при питании от преобразователя частоты со звеном постоянного тока) не будет опускаться ниже некоторого значения, даже при регулировании скорости от нуля, Эти обстоятельства составляют преимущества предложенного электр опривода.

Использование предложенного привода наиболее целесообразно для моталок листовых станов холодной прокатки, гильотинных и летучих ножниц прокатных станов, а также при питании частотного злектропривода от преобразователя частоты со зве ном постоянного тока.

Ib

Формула иэобре тания

Электропривод с синхронным двигателем с обмотками возбуждения по продоль» ной и поперечной осям ротора, содержащий

3С регуляторы продольной и поперечной с ставляющих тока статора, подключенные к блоку для прямого преобразования, эадатчик ин и.нсивности, вычислительное устройство, л формирователь поперечной составляющей потокосцепления статора, делитель, блок

51

8 г для обратного преобразования с выходами сигналов продольной и поперечной составляющих тока статора, датчики и регуляторы продольного и поперечного токов ротсьра, отличаю ци "ся тем, что, с целью исключения перегрева обмоток двигателя и повышения частоты пульсаций момента, применены нелинейный .усилитель, два дополнительных блока для прямого пре образования с входамл гармонических функ ций и управляемый реверсивный генератор гармонических функций низкой частоты, вход которого подключен к выходу задатчика интенсивности через нелинейный усил тель, а выход соединен с входами гармонических функций дополнительных блоков для прямого преобразования, через один иэ ко торых вычислительное устройство и делитель подключены к регуляторам токов рото ра, при этом к регулятору поперечного тока ротора подсоединены также выход сит нала поперечной составляющей тока статс ра блока для обратного преобразования и выход датчика поперечного тока ротора, который соединен и с входом формировате» ля поперечной с-ставляющей потокосцецпе иия статора.